空间依赖性与城市设施背景下的公共图书馆使用强度研究——来自韩国七个大都市的证据

《ISPRS International Journal of Geo-Information》：Spatial Dependence and Urban Facility Context of Public Library Use Intensity: Evidence from Seven Metropolitan Cities in South Korea

　　

本研究考察了韩国七个大都市的公共图书馆使用强度，并考虑了空间依赖性和周边城市环境。研究从485所公共图书馆出发，针对每平方米访问量（visits per m²）、每平方米借阅量（loans per m²）和每平方米借阅人数（borrowers per m²）分别构建了模型专用分析样本。以图书馆周边1公里和2公里范围内的城市设施变量作为预测因子，并利用Kakao Local API对教育厅记录进行地理编码以校正学院（academy）密度。研究采用Moran's I和Anselin–Florax拉格朗日乘数（Lagrange Multiplier, LM）诊断来评估图书馆间的空间依赖性，并比较了普通最小二乘法（ordinary least squares, OLS）、空间自回归模型（spatial autoregressive, SAR）和空间误差模型（spatial error model, SEM）的结果。Moran's I显示三个结果变量均存在显著的空间聚类。SAR结果显示，间接效应分别占学院密度对每平方米访问量和借阅量总效应的46.3%和40.8%，这代表的是基于模型的间接效应，而非用户流动的直接证据。以图书馆建筑面积作为暴露变量的补充负二项模型未能证实学院密度关联，表明该发现特定于面积归一化模型，而非尺度不变的。上述发现凸显了在区域尺度上解读公共图书馆使用强度时考虑空间依赖性和城市设施背景的重要性。

**1. 研究背景与问题**

公共图书馆作为支持居民信息获取、促进学习与文化活动的核心设施，其使用水平不仅受馆藏规模、开放时间等内部条件影响，还受周边人口结构、土地利用、交通可达性及教育商业设施分布等外部环境制约。在大都市区域，图书馆并非孤立运作，而是嵌入由邻近图书馆、教育设施、商业与交通枢纽共同构成的空间关联使用环境之中。然而，以往研究多采用基于个体图书馆尺度的回归模型，假设观测值相互独立，未充分处理图书馆使用指标的空间依赖性。此外，访问量、借阅量等简单绝对数量指标无法消除图书馆规模造成的差异，难以真实反映使用强度。为弥补上述空白，研究人员以韩国七个大都市485所公共图书馆为对象，构建每平方米访问量、每平方米借阅量和每平方米借阅人数三个面积归一化指标，系统分析公共图书馆使用强度的空间依赖性及其与周边城市设施的关联。研究具体目标包括：评估使用强度的空间自相关；在城市固定效应控制下，比较OLS、SAR和SEM模型的拟合效果；利用地理加权回归（geographically weighted regression, GWR）探索全局模型可能平均化的局部空间异质性。

**2. 数据与方法**

研究覆盖首尔、釜山、大邱、仁川、光州、大田和蔚山七座大都市，原始数据包含485所公共图书馆。经过对建筑面积和使用数据缺失值的筛选，最终分析样本为每平方米访问量335所、每平方米借阅量320所、每平方米借阅人数320所。结果变量以年度访问量、借阅量、借阅人数除以图书馆总建筑面积计算。预测变量为图书馆周边1公里和2公里范围内的城市设施数量，包括学院、咖啡馆、电影院、地铁站、公交站、公园、中小学及超市。其中学院变量基于教育厅注册记录并经Kakao Local API地理编码构建，以弥补开放街道地图（OpenStreetMap）数据对官方注册学院漏计的问题。考虑到初高中和公园变量的多重共线性及数据一致性问题，最终采用17个设施变量并纳入城市固定效应。分析流程包括：Moran's I检验结果变量的空间自相关；估计含城市固定效应的OLS模型并检验残差空间自相关；进行Anselin–Florax及稳健LM诊断以判断SAR或SEM的适用性；比较三类模型；对SAR模型进行直接与间接效应分解；最后以GWR探索局部空间异质性。空间权重矩阵以KNN-8为主，并通过KNN-5、KNN-6、KNN-10及Voronoi邻接矩阵、2公里距离带矩阵进行敏感性检验。另以图书馆建筑面积为暴露变量拟合负二项模型作为补充验证。分析工具包括Python 3.13.9及libpysal、esda、spreg、mgwr等空间统计库。

**3. 主要结果**

**3.1 空间自相关与模型选择**。三组结果变量的原始观测值Moran's I均显著，访问量、借阅量和借阅人数分别为0.502、0.351和0.167。在控制城市固定效应后，访问量和借阅量的OLS残差Moran's I仍然显著，而借阅人数不显著，表明前两个变量需要空间模型，后者以OLS为最终模型。

**3.2 模型拟合比较**。对于访问量和借阅量，城市固定效应SAR模型的赤池信息量准则（Akaike Information Criterion, AIC）更低且残差空间自相关大幅降低。借阅人数的OLS残差Moran's I及稳健LM诊断均不显著，故保留OLS模型。

**3.3 SAR估计结果**。访问量模型中，1公里范围内学院密度呈显著正相关（β=27.12），2公里咖啡厅密度呈正相关，2公里电影院密度和1公里地铁站密度呈负相关。借阅量模型中，1公里学院密度是唯一显著正相关变量（β=14.97）。借阅人数OLS模型中，2公里学院密度呈正相关，2公里公交站密度呈负相关。

**3.4 SAR效应分解**。访问量模型中，1公里学院密度的总效应为52.14，其中直接效应28.01、间接效应24.14，间接部分占总效应的46.3%；借阅量模型中总效应为25.85，直接效应15.31、间接效应10.53，间接部分占40.8%。

**3.5 GWR结果**。访问量模型最优带宽为266个邻近观测，借阅量模型为128个。局部系数显示学院密度与图书馆使用强度的关联在不同城市间存在差异。首尔在访问量模型中的局部系数最稳定，在借阅量模型中则最不稳定，局部系数稳定性与城市样本量并非单调关系。

**4. 讨论与结论**

**4.1 讨论总结**。空间依赖性的识别表明公共图书馆使用强度不仅是个体属性，也嵌入于邻近图书馆与其周边城市环境的空间连续体中，但该证据属于统计层面的空间依赖，而非用户空间流动的直接证据。借阅人数因反映一次性注册行为而非高频使用行为，更受城市固定效应和图书馆制度特征影响。关键发现是，学院密度的正关联仅存在于面积归一化的加性模型中，当以建筑面积作为暴露变量拟合负二项模型时该关联消失，表明这一结果是模型特异的而非尺度不变的。咖啡厅、电影院、地铁站等设施变量与使用强度的关联反映了城市商业中心性、竞争性休闲机会与交通枢纽选址等因素的综合作用，而非简单因果效应。GWR结果仅为探索性证据，不能作为独立政策结论的依据。研究局限性包括横断面设计无法推断因果、缺少社会经济变量、数据集日期不完全对齐、建筑面积不等于实际可用空间、分析样本偏向规模较大且统计报告规范的图书馆等。

**4.2 研究结论翻译**。本研究通过空间自相关诊断、SAR/SEM/OLS模型比较、SAR效应分解及探索性GWR分析，考察了韩国七个大都市公共图书馆使用强度的空间特征。访问量和借阅量存在空间自相关，因此选择带城市固定效应的SAR模型进行解读；借阅人数的OLS残差Moran's I及稳健LM诊断均未显示显著空间依赖性，故以OLS模型为最终分析结果。经教育厅记录和Kakao地理编码修正的学院变量与1公里范围内的访问量和借阅量呈显著正相关，2公里范围内的学院密度与借阅人数显著相关。SAR效应分解揭示了基于模型的间接效应，但这些间接效应是从空间权重矩阵推导的统计量，并非用户实际跨馆流动的直接证据。该关联特定于面积归一化规范，以建筑面积为暴露的负二项检验未能证实，表明其具有尺度敏感性。咖啡厅密度仅在访问量模型中于2公里范围内显著，属补充性探索发现。GWR分析提示学院密度与使用强度的关联在七市间存在差异，受样本量和局部估计稳定性限制，仅作探索性证据。总体而言，本研究展示了空间计量方法和改进的行政数据构建对韩国大都市语境下公共图书馆规划的参考价值。鉴于学院密度反映的是更广泛的教育与流动性环境而非规划者可直接调整的杠杆，且研究结果仅适用于七座韩国大都市和面积归一化规范，向其他国家或设施选址决策的推广须保持谨慎。